GaN-ভিত্তিক নিম্ন-তাপমাত্রার এপিটাক্সি প্রযুক্তি

1. GaN-ভিত্তিক উপকরণের গুরুত্ব

GaN-ভিত্তিক সেমিকন্ডাক্টর উপকরণগুলি অপটোইলেক্ট্রনিক ডিভাইস, পাওয়ার ইলেকট্রনিক ডিভাইস এবং রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি মাইক্রোওয়েভ ডিভাইস তৈরিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় কারণ তাদের চমৎকার বৈশিষ্ট্য যেমন প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ বৈশিষ্ট্য, উচ্চ ভাঙ্গন ক্ষেত্রের শক্তি এবং উচ্চ তাপ পরিবাহিতা। এই ডিভাইসগুলি অর্ধপরিবাহী আলো, সলিড-স্টেট আল্ট্রাভায়োলেট লাইট সোর্স, সোলার ফটোভোলটাইকস, লেজার ডিসপ্লে, নমনীয় ডিসপ্লে স্ক্রিন, মোবাইল যোগাযোগ, বিদ্যুৎ সরবরাহ, নতুন শক্তির যান, স্মার্ট গ্রিড ইত্যাদির মতো শিল্পে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে এবং প্রযুক্তি এবং বাজার আরও পরিপক্ক হয়ে উঠছে।

ঐতিহ্যগত এপিটাক্সি প্রযুক্তির সীমাবদ্ধতা

GaN-ভিত্তিক উপকরণের জন্য ঐতিহ্যবাহী এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির প্রযুক্তি যেমনMOসিভিডিএবংএমবিইসাধারণত উচ্চ তাপমাত্রার অবস্থার প্রয়োজন হয়, যা কাচ এবং প্লাস্টিকের মতো নিরাকার স্তরগুলির ক্ষেত্রে প্রযোজ্য নয় কারণ এই উপাদানগুলি উচ্চ বৃদ্ধির তাপমাত্রা সহ্য করতে পারে না। উদাহরণস্বরূপ, সাধারণত ব্যবহৃত ফ্লোট গ্লাস 600 ডিগ্রি সেলসিয়াসের বেশি পরিস্থিতিতে নরম হবে। নিম্ন-তাপমাত্রার চাহিদাএপিটাক্সি প্রযুক্তি: কম খরচে এবং নমনীয় অপটোইলেক্ট্রনিক (ইলেক্ট্রনিক) ডিভাইসের ক্রমবর্ধমান চাহিদার সাথে, কম তাপমাত্রায় প্রতিক্রিয়া পূর্বসূরীদের ক্র্যাক করতে বাহ্যিক বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি ব্যবহার করে এপিটাক্সিয়াল সরঞ্জামের চাহিদা রয়েছে। এই প্রযুক্তিটি কম তাপমাত্রায়, নিরাকার সাবস্ট্রেটের বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে খাপ খাইয়ে এবং কম খরচে এবং নমনীয় (অপ্টোইলেক্ট্রনিক) ডিভাইসগুলি প্রস্তুত করার সম্ভাবনা প্রদান করে।

2. GaN-ভিত্তিক উপকরণের স্ফটিক কাঠামো

স্ফটিক গঠন প্রকার

GaN-ভিত্তিক উপকরণগুলির মধ্যে প্রধানত GaN, InN, AlN এবং তাদের ত্রিমাসিক এবং চতুর্মুখী কঠিন সমাধানগুলি অন্তর্ভুক্ত, তিনটি স্ফটিক কাঠামোর সাথে wurtzite, sphalerite এবং রক সল্ট, যার মধ্যে wurtzite গঠন সবচেয়ে স্থিতিশীল। স্ফ্যালেরাইট কাঠামো একটি মেটাস্টেবল পর্যায়, যা উচ্চ তাপমাত্রায় উর্টজাইট কাঠামোতে রূপান্তরিত হতে পারে এবং নিম্ন তাপমাত্রায় স্ট্যাকিং ফল্টের আকারে উর্টজাইট কাঠামোতে বিদ্যমান থাকতে পারে। শিলা লবণের গঠন হল GaN-এর উচ্চ-চাপ পর্যায় এবং শুধুমাত্র অত্যন্ত উচ্চ চাপের অবস্থার মধ্যে উপস্থিত হতে পারে।

ক্রিস্টাল প্লেন এবং স্ফটিক মানের বৈশিষ্ট্য

সাধারণ ক্রিস্টাল প্লেনগুলির মধ্যে রয়েছে পোলার সি-প্লেন, সেমি-পোলার এস-প্লেন, আর-প্লেন, এন-প্লেন এবং নন-পোলার এ-প্লেন এবং এম-প্লেন। সাধারণত, নীলকান্তমণি এবং Si সাবস্ট্রেটে এপিটাক্সি দ্বারা প্রাপ্ত GaN-ভিত্তিক পাতলা ছায়াছবি হল সি-প্লেন স্ফটিক অভিযোজন।

3. এপিটাক্সি প্রযুক্তির প্রয়োজনীয়তা এবং বাস্তবায়ন সমাধান

প্রযুক্তিগত পরিবর্তনের প্রয়োজনীয়তা

তথ্যায়ন এবং বুদ্ধিমত্তার বিকাশের সাথে সাথে, অপটোইলেক্ট্রনিক ডিভাইস এবং ইলেকট্রনিক ডিভাইসের চাহিদা কম খরচে এবং নমনীয় হতে থাকে। এই চাহিদাগুলি পূরণ করার জন্য, GaN-ভিত্তিক উপকরণগুলির বিদ্যমান এপিটাক্সিয়াল প্রযুক্তি পরিবর্তন করা প্রয়োজন, বিশেষত এপিটাক্সিয়াল প্রযুক্তি বিকাশ করা যা নিরাকার সাবস্ট্রেটগুলির বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে খাপ খাইয়ে নিতে কম তাপমাত্রায় পরিচালিত হতে পারে।

নিম্ন-তাপমাত্রার এপিটাক্সিয়াল প্রযুক্তির বিকাশ

নিম্ন-তাপমাত্রার এপিটাক্সিয়াল প্রযুক্তির নীতির উপর ভিত্তি করেশারীরিক বাষ্প জমা (পিভিডি)এবংরাসায়নিক বাষ্প জমা (সিভিডি), প্রতিক্রিয়াশীল ম্যাগনেট্রন স্পুটারিং, প্লাজমা-সহায়তা MBE (PA-MBE), পালসড লেজার ডিপোজিশন (PLD), স্পন্দিত স্পটারিং ডিপোজিশন (PSD), লেজার-অ্যাসিস্টেড MBE (LMBE), রিমোট প্লাজমা CVD (RPCVD), মাইগ্রেশন বর্ধিত আফটারগ্লো (CVD) MEA-CVD), রিমোট প্লাজমা বর্ধিত MOCVD (RPEMOCVD), কার্যকলাপ বর্ধিত MOCVD (REMOCVD), ইলেক্ট্রন সাইক্লোট্রন রেজোন্যান্স প্লাজমা বর্ধিত MOCVD (ECR-PEMOCVD) এবং প্রবর্তকভাবে মিলিত প্লাজমা MOCVD (ICP-MOCVD), ইত্যাদি।

4. পিভিডি নীতির উপর ভিত্তি করে নিম্ন-তাপমাত্রার এপিটাক্সি প্রযুক্তি

প্রযুক্তির ধরন

প্রতিক্রিয়াশীল ম্যাগনেট্রন স্পুটারিং, প্লাজমা-সহায়তা MBE (PA-MBE), পালসড লেজার ডিপোজিশন (PLD), পালসড স্পুটারিং ডিপোজিশন (PSD) এবং লেজার-সহায়তা MBE (LMBE) সহ।

প্রযুক্তিগত বৈশিষ্ট্য

এই প্রযুক্তিগুলি কম তাপমাত্রায় প্রতিক্রিয়ার উত্সকে আয়নিত করার জন্য বাহ্যিক ক্ষেত্রের সংযোগ ব্যবহার করে শক্তি সরবরাহ করে, যার ফলে এর ক্র্যাকিং তাপমাত্রা হ্রাস করে এবং GaN-ভিত্তিক উপকরণগুলির নিম্ন-তাপমাত্রার এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধি অর্জন করে। উদাহরণস্বরূপ, প্রতিক্রিয়াশীল ম্যাগনেট্রন স্পটারিং প্রযুক্তি স্পাটারিং প্রক্রিয়ার সময় একটি চৌম্বক ক্ষেত্র প্রবর্তন করে যাতে ইলেকট্রনের গতিশক্তি বৃদ্ধি পায় এবং লক্ষ্য স্পটারিং উন্নত করতে N2 এবং Ar-এর সাথে সংঘর্ষের সম্ভাবনা বৃদ্ধি করে। একই সময়ে, এটি লক্ষ্যের উপরে উচ্চ-ঘনত্বের প্লাজমাকে সীমাবদ্ধ করতে পারে এবং সাবস্ট্রেটের উপর আয়নগুলির বোমাবর্ষণ কমাতে পারে।

চ্যালেঞ্জ

যদিও এই প্রযুক্তিগুলির বিকাশের ফলে কম খরচে এবং নমনীয় অপটোইলেক্ট্রনিক ডিভাইসগুলি প্রস্তুত করা সম্ভব হয়েছে, তবে তারা বৃদ্ধির গুণমান, সরঞ্জামের জটিলতা এবং ব্যয়ের ক্ষেত্রেও চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন হয়। উদাহরণস্বরূপ, PVD প্রযুক্তির জন্য সাধারণত একটি উচ্চ ভ্যাকুয়াম ডিগ্রির প্রয়োজন হয়, যা কার্যকরভাবে প্রাক-প্রতিক্রিয়া দমন করতে পারে এবং কিছু ইন-সিটু পর্যবেক্ষণ সরঞ্জাম প্রবর্তন করতে পারে যা অবশ্যই উচ্চ শূন্যতার অধীনে কাজ করবে (যেমন RHEED, Langmuir প্রোব, ইত্যাদি), কিন্তু এটি অসুবিধা বাড়ায়। বড়-এরিয়া ইউনিফর্ম ডিপোজিশন, এবং উচ্চ ভ্যাকুয়ামের অপারেশন এবং রক্ষণাবেক্ষণ খরচ বেশি।

5. সিভিডি নীতির উপর ভিত্তি করে নিম্ন-তাপমাত্রার এপিটাক্সিয়াল প্রযুক্তি

প্রযুক্তির ধরন

রিমোট প্লাজমা সিভিডি (RPCVD), মাইগ্রেশন এনহ্যান্সড আফটারগ্লো সিভিডি (MEA-CVD), রিমোট প্লাজমা এনহ্যান্সড MOCVD (RPEMOCVD), অ্যাক্টিভিটি এনহ্যান্সড MOCVD (REMOCVD), ইলেক্ট্রন সাইক্লোট্রন রেজোন্যান্স প্লাজমা এনহ্যান্সড এমওসিপিইসিভিডি (এমওসিপিইসিভিডি) প্লাজমা এনহ্যান্সড এমওসিভিডি (এমওসিভিডি) ICP-MOCVD)।

প্রযুক্তিগত সুবিধা

এই প্রযুক্তিগুলি বিভিন্ন প্লাজমা উত্স এবং প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া ব্যবহার করে নিম্ন তাপমাত্রায় III-নাইট্রাইড সেমিকন্ডাক্টর উপকরণ যেমন GaN এবং InN এর বৃদ্ধি অর্জন করে, যা বৃহৎ-এলাকার অভিন্ন জমা এবং খরচ কমানোর জন্য সহায়ক। উদাহরণস্বরূপ, রিমোট প্লাজমা সিভিডি (RPCVD) প্রযুক্তি প্লাজমা জেনারেটর হিসাবে একটি ECR উত্স ব্যবহার করে, যা একটি নিম্ন-চাপের প্লাজমা জেনারেটর যা উচ্চ-ঘনত্বের প্লাজমা তৈরি করতে পারে। একই সময়ে, প্লাজমা লুমিনেসেন্স স্পেকট্রোস্কোপি (OES) প্রযুক্তির মাধ্যমে, N2+ এর সাথে যুক্ত 391 nm স্পেকট্রামটি সাবস্ট্রেটের উপরে প্রায় সনাক্ত করা যায় না, যার ফলে উচ্চ-শক্তি আয়ন দ্বারা নমুনা পৃষ্ঠের বোমাবর্ষণ হ্রাস পায়।

স্ফটিক গুণমান উন্নত

উচ্চ-শক্তি চার্জযুক্ত কণাগুলিকে কার্যকরভাবে ফিল্টার করে এপিটাক্সিয়াল স্তরের স্ফটিক গুণমান উন্নত হয়। উদাহরণস্বরূপ, MEA-CVD প্রযুক্তি RPCVD-এর ECR প্লাজমা উৎস প্রতিস্থাপন করতে একটি HCP উৎস ব্যবহার করে, এটি উচ্চ-ঘনত্বের প্লাজমা তৈরির জন্য আরও উপযুক্ত করে তোলে। এইচসিপি উৎসের সুবিধা হল কোয়ার্টজ ডাইইলেকট্রিক উইন্ডোর কারণে কোনো অক্সিজেন দূষণ হয় না এবং ক্যাপাসিটিভ কাপলিং (সিসিপি) প্লাজমা উৎসের তুলনায় এটির প্লাজমা ঘনত্ব বেশি।

6. সারাংশ এবং আউটলুক

নিম্ন-তাপমাত্রা এপিটাক্সি প্রযুক্তির বর্তমান অবস্থা

সাহিত্য গবেষণা এবং বিশ্লেষণের মাধ্যমে, প্রযুক্তিগত বৈশিষ্ট্য, সরঞ্জামের গঠন, কাজের অবস্থা এবং পরীক্ষামূলক ফলাফল সহ নিম্ন-তাপমাত্রার এপিটাক্সি প্রযুক্তির বর্তমান অবস্থার রূপরেখা দেওয়া হয়েছে। এই প্রযুক্তিগুলি বাহ্যিক ক্ষেত্রের সংযোগের মাধ্যমে শক্তি সরবরাহ করে, কার্যকরভাবে বৃদ্ধির তাপমাত্রা হ্রাস করে, নিরাকার স্তরগুলির বৈশিষ্ট্যগুলির সাথে খাপ খাইয়ে নেয় এবং কম খরচে এবং নমনীয় (অপ্টো) ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলি প্রস্তুত করার সম্ভাবনা প্রদান করে।

ভবিষ্যতের গবেষণার দিকনির্দেশ

নিম্ন-তাপমাত্রার এপিটাক্সি প্রযুক্তির ব্যাপক প্রয়োগের সম্ভাবনা রয়েছে, তবে এটি এখনও অনুসন্ধানমূলক পর্যায়ে রয়েছে। ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যাপ্লিকেশনে সমস্যা সমাধানের জন্য সরঞ্জাম এবং প্রক্রিয়া উভয় দিক থেকে গভীর গবেষণার প্রয়োজন। উদাহরণস্বরূপ, প্লাজমাতে আয়ন ফিল্টারিং সমস্যা বিবেচনা করার সময় কীভাবে উচ্চ ঘনত্বের প্লাজমা পাওয়া যায় তা আরও অধ্যয়ন করা প্রয়োজন; কম তাপমাত্রায় গহ্বরের পূর্ব প্রতিক্রিয়া কার্যকরভাবে দমন করার জন্য কীভাবে গ্যাস সমজাতকরণ ডিভাইসের কাঠামো ডিজাইন করবেন; একটি নির্দিষ্ট গহ্বরের চাপে প্লাজমাকে প্রভাবিত করে স্পার্কিং বা ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ক্ষেত্রগুলি এড়াতে কম-তাপমাত্রার এপিটাক্সিয়াল সরঞ্জামের হিটার কীভাবে ডিজাইন করবেন।

প্রত্যাশিত অবদান

এটি প্রত্যাশিত যে এই ক্ষেত্রটি একটি সম্ভাব্য উন্নয়নের দিক হয়ে উঠবে এবং পরবর্তী প্রজন্মের অপটোইলেক্ট্রনিক ডিভাইসগুলির বিকাশে গুরুত্বপূর্ণ অবদান রাখবে। গবেষকদের তীক্ষ্ণ মনোযোগ এবং জোরালো প্রচারের সাথে, এই ক্ষেত্রটি ভবিষ্যতে একটি সম্ভাব্য বিকাশের দিক হয়ে উঠবে এবং পরবর্তী প্রজন্মের (অপ্টোইলেক্ট্রনিক) ডিভাইসগুলির বিকাশে গুরুত্বপূর্ণ অবদান রাখবে।